결론부터 씁니다. 배전계통 OCR 보호협조를 최대 고장전류 한 점에서만 확인하면, 곡선 종류가 다른 계전기 사이에서 저전류 구간의 교차를 놓칩니다. 협조 검토는 최대 고장전류와 최소 고장전류 두 점에서 모두 해야 하고, 그 사이에서 곡선이 만나지 않는지 봐야 합니다. OCGR은 한 단계 더 조심해야 합니다. 지락전류 크기는 접지 방식이 정하고, 변압기 결선이 영상전류를 끊기 때문에 OCR과 같은 표에서 함께 협조할 수 없습니다.
안전 인터락 먼저 — 보호계전기와 PLC의 경계
보호협조 글에서 PLC를 다룰 때 가장 먼저 정해야 할 것은 역할의 경계입니다. 차단은 보호계전기가 하고, PLC는 감시와 투입 허가만 합니다.
- 보호계전기의 트립 출력은 차단기 트립 코일에 하드와이어로 직결합니다. PLC나 SCADA 경로를 트립 회로에 넣지 않습니다.
- EMO는 트립 회로에 하드와이어로 연결하며 PLC는 상태만 읽습니다.
- 보호 동작 후 록아웃 계전기(86)는 현장 수동 복귀만 허용합니다. 원격 복귀나 PLC 자동 복귀로 재투입하지 않습니다.
- 접지개폐기가 투입된 상태에서는 차단기 투입 회로를 하드와이어로 차단합니다.
- 트립 코일 감시(TCS)와 DC 제어전원 감시를 둡니다. 트립 회로가 끊어진 차단기는 협조 곡선이 아무리 맞아도 동작하지 않습니다.
- 정정값 변경 작업 중에는 해당 계전기의 시험 상태를 SCADA에 표시하고, 작업 전후 정정값 대조 기록을 남깁니다.
반한시 곡선 — 같은 TMS라도 모양이 다르다
IEC 60255-151의 반한시 특성식은 다음과 같습니다. M은 고장전류를 픽업 전류로 나눈 배수, TMS는 시간 배율입니다.
- 표준 반한시(SI): t = TMS × 0.14 / (M^0.02 − 1)
- 강반한시(VI): t = TMS × 13.5 / (M − 1)
- 초반한시(EI): t = TMS × 80 / (M² − 1)
| M(배수) | SI | VI | EI |
|---|---|---|---|
| 2 | 1.00 s | 1.35 s | 2.67 s |
| 5 | 0.43 s | 0.34 s | 0.33 s |
| 10 | 0.30 s | 0.15 s | 0.08 s |
| 20 | 0.23 s | 0.07 s | 0.02 s |
TMS 0.1 기준 계산값입니다. M = 2에서는 EI가 가장 느리고, M = 20에서는 EI가 가장 빠릅니다. 곡선 종류가 다른 두 계전기는 어딘가에서 순서가 뒤바뀔 수 있다는 뜻이고, 그 지점이 협조 검토 범위 안에 들어오는지가 문제입니다.
계산 예 — 최대 고장전류에서 맞고 최소에서 틀린다
가정: 하류 피더 계전기 R2는 픽업 400 A, EI, TMS 0.2. 상류 계전기 R1은 픽업 600 A, SI, TMS 0.15. 협조 시간 간격(CTI)은 0.3 s로 둡니다. CTI는 계전기 동작 오차, 차단기 차단 시간, 오버슈트를 합친 값으로 계전기 종류와 차단기 사양에 따라 정합니다.
- 최대 고장전류 6,000 A: R2는 M = 15, t = 0.2 × 80 / 224 ≈ 0.071 s. R1은 M = 10, t = 0.15 × 0.14 / 0.0471 ≈ 0.446 s. 간격 0.37 s로 협조 성립.
- 최소 고장전류 1,200 A: R2는 M = 3, t = 0.2 × 80 / 8 = 2.00 s. R1은 M = 2, t = 0.15 × 0.14 / 0.0140 ≈ 1.50 s. 상류 R1이 먼저 동작합니다.
최대 고장전류만 확인했다면 이 설계는 통과합니다. 보정 방법은 두 가지입니다. R1의 TMS를 올리면 최소 고장전류에서 R1 ≥ 2.30 s가 필요하므로 TMS ≥ 2.30 / 10.03 ≈ 0.23이 되고, 이때 최대 고장전류에서 R1은 약 0.68 s로 느려집니다. 곡선을 R1도 EI로 맞추는 방법은 반대로 최대 고장전류 쪽 여유가 사라지는 경우가 있어(같은 픽업 조건에서 TMS 0.09로 맞추면 6,000 A에서 R1 ≈ 0.073 s로 R2와 거의 같아짐), 양 끝점을 다시 계산해야 합니다. 어느 방법이든 결론은 같습니다. 두 점을 모두 계산하지 않은 협조는 협조가 아닙니다.
OCGR은 따로 본다
OCGR이 보는 지락전류는 계통 접지 방식이 정합니다. 직접 접지 계통에서는 상전류에 가까운 크기가 흐르지만, 중성점 저항 접지 계통에서는 저항이 지락전류를 제한하므로 OCGR 픽업은 그 제한값보다 충분히 낮아야 합니다. OCR과 전류 축의 범위 자체가 다릅니다.
또 하나, Δ-Y 변압기는 영상전류를 통과시키지 않습니다. 2차측 지락은 1차측 OCGR이 보지 못하므로 지락 협조는 변압기를 경계로 끊어서 각 측에서 따로 세웁니다. 잔류 결선 OCGR은 변압기 여자 돌입이나 CT 포화 시 불평형 2차 전류로 오동작할 수 있으며, 영상 CT와 잔류 결선 중 어느 쪽이 해당 설비에서 안정적인지는 파형 분석 및 실측 요망입니다.
투입 허가·트립 감시 (ST 의사코드)
(* I/O MAP - 피더 차단기 1면 *)
(* %I3.0 DI_EMO_CHAIN_OK : EMO 하드와이어 체인 정상 - 상태 감시 전용 *)
(* %I3.1 DI_CB_CLOSED : 차단기 52a *)
(* %I3.2 DI_LOR_86_RESET : 록아웃 계전기 86 복귀 상태 *)
(* %I3.3 DI_ES_OPEN : 접지개폐기 개방 *)
(* %I3.4 DI_TCS_OK : 트립 코일 감시 정상 *)
(* %I3.5 DI_DC_CTRL_OK : DC 제어전원 정상 *)
(* %I3.6 DI_RELAY_WDT_OK : 보호계전기 자기진단 정상 *)
(* %I3.7 DI_RELAY_TRIP : 계전기 트립 출력 모니터 접점 *)
(* %Q3.0 DO_CLOSE_PERMIT : 원격 투입 허가 - 투입 회로의 하드와이어 조건 뒤에 직렬 *)
(* %Q3.1 DO_BF_ALARM : 트립 후 차단 실패 경보 *)
(* 이벤트 전송 : IEC61850_GOOSE 트립 신호는 기록용, 차단은 하드와이어 *)
(* 1. 투입 허가 - 모든 조건이 성립해야 원격 투입 가능 *)
DO_CLOSE_PERMIT := DI_EMO_CHAIN_OK AND DI_LOR_86_RESET AND DI_ES_OPEN
AND DI_TCS_OK AND DI_DC_CTRL_OK AND DI_RELAY_WDT_OK
AND NOT DI_RELAY_TRIP;
(* 2. 트립 지령 후 52a 가 남아 있으면 차단 실패 경보 *)
(* 실제 후비 차단(50BF)은 보호계전기가 수행, PLC 는 기록과 경보만 *)
TON_BF(IN := DI_RELAY_TRIP AND DI_CB_CLOSED, PT := T#200MS); (* 예시값 *)
DO_BF_ALARM := TON_BF.Q;
(* 3. 트립 회로 이상은 투입 금지와 동시에 별도 경보 *)
X_TRIP_CIRCUIT_ALM := NOT DI_TCS_OK OR NOT DI_DC_CTRL_OK;200 ms는 예시값이며, 차단 실패 판정 시간은 차단기 차단 시간과 보호계전기의 50BF 정정에 맞춰 정합니다. PLC의 DO_CLOSE_PERMIT는 투입 회로의 하드와이어 조건(86, 접지개폐기) 뒤에 직렬로 들어가는 두 번째 층이며, 이 출력 하나로 투입 안전이 보장되는 구조가 아닙니다.
보호협조 검토 체크리스트
- □ 각 보호 구간의 최대·최소 고장전류를 계통 해석으로 산출했는가(최소는 발전기 단독 운전 등 약한 전원 조건 포함)
- □ 두 점 모두에서 상·하류 간 CTI를 확인했는가
- □ 곡선 종류가 다른 계전기 쌍의 교차 여부를 곡선 전 구간에서 확인했는가
- □ 변압기 여자 돌입 전류가 1차측 계전기 순시 요소에 걸리지 않는가
- □ OCGR 협조를 접지 방식과 변압기 결선 기준으로 구간을 나눠 세웠는가
- □ CT 포화 가능성을 최대 고장전류 기준으로 검토했는가
- □ 정정값 변경 이력과 현장 설정값이 일치하는가
경계 조건 — 이 방법이 부족해지는 자리
위의 시간-전류 협조는 고장전류가 계통 쪽 한 방향에서 오고, 그 크기가 발전 조건에 따라 크게 변하지 않는다는 전제 위에 서 있습니다. 배전선로에 인버터 기반 분산전원이 많이 연계되면 이 전제가 흔들립니다. 인버터의 고장전류 기여는 제어로 제한되고, 고장 위치에 따라 전류가 양방향에서 들어옵니다. 이런 구간에서는 최소 고장전류가 설계값보다 작아져 계전기가 픽업하지 못하거나, 건전 피더가 역방향 전류로 트립할 수 있습니다.
이 경우 반한시 곡선의 TMS 조정만으로는 풀리지 않고, 방향 요소나 통신 기반 보호로 방식을 바꿔야 할 수 있습니다. 어느 수준의 분산전원 연계부터 그렇게 되는지는 구간별 해석으로 확인할 항목입니다.
단일 판단 기준은 이것입니다. 최소 고장전류 조건에서도 모든 상·하류 쌍의 CTI가 확보되면 반한시 협조로 충분하고, 한 쌍이라도 교차하거나 역방향 고장전류가 존재하면 곡선 조정이 아니라 보호 방식을 다시 정합니다.
